Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pneumatik ist fit für geregelte Systeme

14.05.2008
Die Pneumatik genügt den Ansprüchen vieler geregelter Systeme. So kann sie in Positioniersystemen bei einer Regelgenauigkeit im Bereich von 0,3 bis 0,5 mm ihre Vorteile ausspielen. Punktlieferant sind dabei elektropneumatische Antriebsachsen. Bei Leistungsdichte, Robustheit, Aufbau und Investitionskosten liegen sie im Vergleich zu elektrischen Antrieben vorn.

Üblicherweise ist es bis zur Gleichberechtigung ein langwieriger Prozess. In der Antriebstechnik dauerte er gut zwei Jahrzehnte – bis elektrische und pneumatische Antriebe gleichberechtigt ihre Vorteile ausspielen konnten. Seitdem sind antriebstypische Eigenschaften wieder verstärkt ins Rampenlicht gerückt.

Das erleichterte den Herstellern pneumatischer Antriebe, die Automatisierungstechnik als Anwendungsbereich zu gewinnen. Mit Montage- und Handhabungssystemen erwirtschaftet die Pneumatikbranche laut VDMA inzwischen über 10% des Umsatzes in Deutschland – Tendenz steigend.

Der Einstieg kam mit der elektronischen Aufrüstung pneumatischer Antriebe. Sie vereinfachte den Zugang zur elektronischen Antriebssteuerung.Die technischen Möglichkeiten dazu schuf die Mikroelektronik. Seitdem wachsen pneumatische und steuerungstechnische Antriebskomponenten zusammen.

Digitalelektronik ermöglicht Durchbruch für pneumatische Antriebe

Mit dem Übergang von der Analog- zur Digitalelektronik begann dann das Übertragen von Steuer- und Regelalgorithmen auf Mikroprozessoren. Das war der Durchbruch, um elektrische und pneumatische Antriebe von der Steuerung her nahezu gleichwertig zu behandeln. So ist es heute möglich, an elektropneumatischen Antriebsachsen vor Ort Einstellungen vorzunehmen, ohne über detaillierte pneumatische Grundlagen zu verfügen.

Dennoch hat die Pneumatik die größte Verbreitung in der rein gesteuerten Antriebstechnik. Bei dieser Antriebsart muss sie keine nennenswerte Konkurrenz durch elektrische Antriebe fürchten. Die Gründe dafür sind:

-technische Einfachheit,

-hohe Leistungsdichte,

-Wartungsfreundlichkeit pneumatischer Antriebe und

-niedrige Investitionskosten.

Diese Vorteile prädestinieren die Pneumatik für viele Montage- und Handhabungssysteme – vor allem dann, wenn ein Positionieren der Achsen auf Anschlag ausreichend ist und sich so Kostenvorteile von 50 bis 70% im Vergleich zu elektrischen Antrieben ergeben.

Elektropneumatische Antriebsachsen schließen zur Elektromechanik auf

Aus dieser Stärke heraus sieht man mit elektropneumatischen Antriebsachsen die Möglichkeit, in Anwendungsbereiche der Elektromechanik vorzudringen. So werden Eigenschaften wie Dynamik und Geschwindigkeit als vergleichbar betrachtet.

Der Unterschied liegt in der Genauigkeit der Bewegungen. So ermögliche die Pneumatik im Allgemeinen, eine Positionierung bis auf 0,3 bis 0,5 mm genau zu regeln, berichtet Frank Schnur, Leiter des Technical-Centers der Norgren GmbH in Fellbach. „Bei höherer Genauigkeit sind elektrische Antriebe im Vorteil.“

Diese differenzierte Betrachtung bildet heute die Basis für die Antriebs- und Automatisierungsspezialisten bei der Auslegung jeder einzelnen Antriebsachse in Systemen. So setzt man bei Rexroth auf Antriebskombinationen. Für jede Achsenfunktion komme man daher zu einer geeigneten Lösung, erläutert Dr. Peter Saffe, Vertriebsleiter International im Branchenmanagement Pneumatik bei der Bosch Rexroth AG, Laatzen. Dazu stünden Pneumatik, Elektromechanik und elektrische Direktantriebe zur Verfügung.

Perfektes Zusammenspiel der einzelnen pneumatischen Achsen

Ziel ist es, schnelle, dynamische Prozesse sicher zu beherrschen. Bei Mehr-Achsen-Systemen müssen daher die einzelnen Antriebsachsen perfekt zusammenspielen. Dazu ist eine Signalerfassung, -aufbereitung und -auswertung vor Ort erforderlich. So sind bei pneumatischen Antrieben Sensoren und Mikroprozessoren im Ventil oder direkt im Aktor integriert. Dadurch werde eine „sehr schnelle Kommunikation erreicht“, erklärt Norgren-Application-Manager Schnur. „Dies ermöglicht weit bessere Regelergebnisse als bisher.“

Das zeigt sich beispielsweise bei pneumatischen Druckregelventilen, die aufgrund der lokalen Verknüpfung von Regelelektronik und robuster Pneumatik den Freiheitsgrad für eine wirtschaftliche Automatisierung erhöhen. Damit würden sie „den wachsenden Anforderungen in der Fabrikautomation“ gerecht, bemerkt Rexroth-Vertriebsleiter Saffe.

Verantwortlich dafür ist, dass aufgrund der Verknüpfung immer mehr Anwendungen in der Automatisierungstechnik für pneumatische Antriebe offen stehen. Gleichzeitig hat die Integration von Regelelektronik in Ventilen zu einer Kostensenkung geführt.

„Technisch und kommerziell“, sagt Schnur, profitiere die Servopneumatik von dieser Entwicklung. Sie sei heute zur elektromechanischen Antriebstechnik „eine Alternative, insbesondere bei Aufgaben des Positionierens in Kombination mit Kraftregelung“.

Für geregelte pneumatische Antriebe spricht die automatische Nachregelung, die wie eine pneumatische Feder funktioniert. Im Gegensatz dazu ist mit elektrischen Antrieben bei diesen Aufgaben zwingend eine programmierte Nachregelung erforderlich. Aufgrund dieses Vorteils spielen geregelte Proportionalventile in der Pneumatik eine besondere Rolle. Sie haben sich laut Saffe „bezüglich der hohen Robustheit und Zuverlässigkeit bewährt“.

Trend geht zu integrierten Systemen mit Lage- und Druckregelung

Das ist besonders in Kombination mit pneumatischen Leichtlaufzylindern der Fall, die mit Weg- und Druckmesstechnik ausgestattet werden können. Optional lässt sich auch die Druckmesstechnik im Ventil integrieren. Stets erhält man geregelte pneumatische Antriebe mit sehr schneller, hochdynamischer Ventiltechnik.

Dazu kommt, dass die Verwendung eines überschneidungsfreien, servopneumatischen Ventils eine übliche Endlagendämpfung überflüssig macht. Der Grund dafür sei „die exakte Profilierung und Regelung von Position und Druck im Zylinder“, erläutert Schnur.

Fein geregelter Zu- und Abluftstrom erspart Endlagendämpfung

Dazu wird der Zu- und Abluftstrom feinfühlig reguliert. Voraussetzung dafür ist eine schnelle Verstelldrossel. Das Ergebnis entspricht laut dem Norgren-Application-Manager „einer elektrischen Endlagendämpfung“.

Die Antriebs- und Automatisierungsspezialisten bieten diese Entwicklungen als Kompletteinheit an. „Der Trend geht zu vollintegrierten Systemen“, berichtet Saffe. In diesen Systemen werden auch Lage- und Druckregler kombiniert.

Somit kann man komplexe Antriebslösungen erzeugen, wie sie beispielsweise bei pneumatischen Schweißzangen erforderlich sind. Für diese Anwendung benötige man Systeme mit hohem Durchfluss und Präzision, erklärt der Rexroth-Vertriebsleiter.

Außerdem setzt die Systemintegration die Kombination von pneumatischer Antriebs- und mechanischer Lineartechnik voraus. Darüber hinaus ist eine Systemanbindung über eine Diagnoseeinheit an einen Feldbus möglich. „Diese Struktur besteht aus einem Busmodul zur Kommunikation mit einem übergeordneten Feldbus und anderen Teilnehmern im Strang“, schildert Saffe. So kann die Diagnoseeinheit DDL von Rexroth bis zu 14 „Kommunikationspartner“ haben.

Reduzierte Stick-Slip-Effekte verbessern Reaktionszeiten

Solche Module beschleunigen den Zugriff auf die Antriebstechnik bei Fehlerdiagnose. In geregelten Systemen werden dadurch die Reaktionszeiten auf die einzelnen Antriebsachsen kurz gehalten. Insgesamt ist das zeitliche Optimierungspotenzial bei pneumatischen Antriebsachsen jedoch noch nicht ausgeschöpft. So hält Saffe „schnellere Regelventile“ für möglich.

Außerdem versprechen Antriebe mit verbessertem Reibungsverhalten zusätzliche Einspareffekte. Gerade in Zylindern sieht man darin die Möglichkeit zur Reduzierung des Slip-Stick-Effekts. Der Ansatz dazu sei, den Unterschied zwischen Haft- und Gleitreibung zu minimieren, argumentiert Schnur.

Weitere Potenziale zur Beschleunigung des Antriebsverhaltens werden in einer höheren Auflösung der Sensorsignale und in schnelleren Mikroprozessoren gesehen. Darüber hinaus lässt eine vereinfachte Programmierung eine leichtere Antriebshandhabung und somit Zeitersparnis erwarten. Davon ist Rexroth-Vertriebsleiter Saffe überzeugt: Die Lösung liege in selbsteinstellenden Regelalgorithmen.

Josef Kraus | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/konstruktion/antriebsundsteuerungstechnik/articles/120328/

Weitere Berichte zu: Antriebstechnik Mikroprozessor Pneumatik

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Feinschliff für die Additive Produktion
15.11.2019 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

nachricht Schmieden statt Schweißen: Stoffschlüssige Verbindung durch Umformen
14.11.2019 | IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forschende entdecken, wie äußere Reize den Auf- und Abbau des Skeletts im Kern von Säugetierzellen steuern

Nicht nur in Muskelzellen spielen sie die Hauptrolle: Die Aktinfilamente sind eines der häufigsten Proteine in allen Säugetierzellen. Die fadenförmigen Strukturen bilden einen wichtigen Teil des Zellskeletts und -bewegungsapparats. Zellbiologinnen und -biologen der Universität Freiburg zeigen nun in Zellkulturen, wie Rezeptorproteine in der Membran dieser Zellen Signale von außen an Aktinmoleküle im Kern weiterleiten, die daraufhin Fäden bilden.

Das Team um Pharmakologe Prof. Dr. Robert Grosse steuert in einer Studie den Auf- und Abbau der Aktinfilamente im Zellkern mit physiologischen Botenstoffen und...

Im Focus: Neuartiges Antibiotikum gegen Problemkeime in Sicht

Internationales Forscherteam mit Beteiligung der Universität Gießen entdeckt neuen Wirkstoff gegen gramnegative Bakterien – Darobactin attackiert die Erreger an einem bislang unbekannten Wirkort

Immer mehr bakterielle Erreger von Infektionskrankheiten entwickeln Resistenzen gegen die marktüblichen Antibiotika. Typische Krankenhauskeime wie Escherichia...

Im Focus: Machine learning microscope adapts lighting to improve diagnosis

Prototype microscope teaches itself the best illumination settings for diagnosing malaria

Engineers at Duke University have developed a microscope that adapts its lighting angles, colors and patterns while teaching itself the optimal...

Im Focus: Kleine Teilchen, große Wirkung: Wie Nanoteilchen aus Graphen die Auflösung von Mikroskopen verbessern

Konventionelle Lichtmikroskope können Strukturen nicht mehr abbilden, wenn diese einen Abstand haben, der kleiner als etwa die Lichtwellenlänge ist. Mit „Super-resolution Microscopy“, entwickelt seit den 80er Jahren, kann man diese Einschränkung jedoch umgehen, indem fluoreszierende Materialien eingesetzt werden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Polymerforschung haben nun entdeckt, dass aus Graphen bestehende Nano-Moleküle genutzt werden können, um diese Mikroskopie-Technik zu verbessern. Diese Nano-Moleküle bieten eine Reihe essentieller Vorteile gegenüber den bisher verwendeten Materialien, die die Mikroskopie-Technik noch vielfältiger einsetzbar machen.

Mikroskopie ist eine wichtige Untersuchungsmethode in der Physik, Biologie, Medizin und vielen anderen Wissenschaften. Sie hat jedoch einen Nachteil: Ihre...

Im Focus: Small particles, big effects: How graphene nanoparticles improve the resolution of microscopes

Conventional light microscopes cannot distinguish structures when they are separated by a distance smaller than, roughly, the wavelength of light. Superresolution microscopy, developed since the 1980s, lifts this limitation, using fluorescent moieties. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research have now discovered that graphene nano-molecules can be used to improve this microscopy technique. These graphene nano-molecules offer a number of substantial advantages over the materials previously used, making superresolution microscopy even more versatile.

Microscopy is an important investigation method, in physics, biology, medicine, and many other sciences. However, it has one disadvantage: its resolution is...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage 2020: „Mach es einfach!“

18.11.2019 | Veranstaltungen

Humanoide Roboter in Aktion erleben

18.11.2019 | Veranstaltungen

1. Internationale Konferenz zu Agrophotovoltaik im August 2020

15.11.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Der Gewinner ist… Vorankündigung zum 11. Corporate Health Award

22.11.2019 | Förderungen Preise

Erste Liga der Automobilzulieferer

22.11.2019 | Förderungen Preise

Forschende entdecken, wie äußere Reize den Auf- und Abbau des Skeletts im Kern von Säugetierzellen steuern

22.11.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics